PSInSAR技术监测地表形变的研究

论文摘要

合成孔径雷达差分干涉测量技术（DInSAR）是新近发展起来的用于监测大范围地表形变的新技术,具有精度高、监测范围广等优势。可用于监测厘米甚至毫米级的地表形变,是一种有效的空间对地观测手段。然而,DInSAR技术在具体的应用中有很多瓶颈问题未能得到很好的解决,如时间去相关,基线去相关,大气效应等。近年发展起来的永久散射体差分干涉测量（permanentScatterers InSAR,PSInSAR）技术为克服相位失相关和大气延迟提供了可能,它利用一系列在时间上保持相位稳定的散射体,分析时间序列上相位变化提取研究区域的变形信息,并且能够克服失相关和大气延迟等问题。然而,该方法在一些关键数据处理方面如PS探测,建网,模型解算等存在问题。为此,本文对永久散射体雷达差分干涉技术理论进行系统研究,对其中的关键算法作重点探讨,探索解决该方法存在问题的新途径,以提高PSInSAR技术探测地表形变的精度和可靠性。具体来说,本论文完成了如下研究内容并得到了相关结论:（1）基于时间基线、垂直基线和多普勒质心频率差的最优组合原则,本论文提出了简单的经验模型选取主影像方法。（2）在深入分析PSInSAR测量地表形变原理的基础上,本论文提出并实现了三重阈值PS自动探测算法,即时序相关系数、振幅离差和振幅指数三道阈值串行结合,在实验过程中取得了很好的结果。（3）在PS邻域差分相位模型参数估计中,引用了解空间搜索方法。在依据先验知识确定解空间的大小、位置和搜索策略后,可较快地获得参数的最佳估计值。（4）提出了树形搜索法用于计算PS的绝对高程修正值和线形沉降速度,对PS残留相位进行了解析,分离和提取出非线形沉降和大气相位,完整地得到了地表的时序位移量。（5）应用Matlab软件编写了一整套PSInSAR处理程序,成功探测了上海地区在1992-2002年间的地表沉降,总体平均沉降速率为9.3mm/a,所得结果与地面精密水准测量成果具有较高的一致性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 InSAR发展背景
• 1.2 DInSAR技术及局限性
• 1.2.1 DInSAR技术
• 1.2.2 DInSAR局限性
• 1.3 PSInSAR技术
• 1.4 论文的主要研究内容
• 1.4.1 课题来源、实验数据与基础软件
• 1.4.2 研究内容
• 1.5 论文组织机构
• 第二章 PSInSAR探测地表形变的原理与现状
• 2.1 引言
• 2.2 PSInSAR探测地表形变的原理与数据处理流程
• 2.2.1 PSInSAR探测地表形变的原理
• 2.2.2 PSInSAR处理流程
• 2.2.3 PSInSAR技术特点
• 2.3 PSInSAR探测地表形变的研究现状
• 2.3.1 PSInSAR探测地表变形的研究现状
• 2.3.2 现有研究存在的问题
• 2.4 本章小节
• 第三章 时序差分干涉公共主影像的优化选取及PS点识别
• 3.1 引言
• 3.2 公共主影像的优化选取
• 3.3 时序差分干涉图生成
• 3.4 时序SAR影像的辐射校正
• 3.5 PS探测方法
• 3.5.1 相干系数阈值法
• 3.5.2 振幅离差阈值法
• 3.5.3 相位离差阈值法
• 3.5.4 时序相关系数和振幅离差双阈值法
• 3.5.5 改进的PS提取方法
• 3.6 PS网络构建
• 3.7 本章小节
• 第四章 PSInSAR形变测量解算算法理论
• 4.1 引言
• 4.2 PSInSAR算法理论模型
• 4.2.1 干涉模型
• 4.2.2 差分干涉模型
• 4.2.3 PS相位差分模型
• 4.3 铅垂线搜索法估算PS差分参数
• 4.4 树型搜索法求解PS点的绝对沉降速度和高程修正值
• 4.5 PS残留相位分解
• 4.6 本章小结
• 第五章 应用PSInSAR研究上海地面沉降
• 5.1 引言
• 5.2 上海地区地面沉降成因及研究概况
• 5.3 实验研究
• 5.3.1 实验SAR数据
• 5.3.2 SRTM数据
• 5.4 数据处理
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本次研究总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间主要研究成果
• 附录1:SRTM转化为DEM的matlab程序代码
• 附录2:PS识别方法的MATLAB代码
• 附录3:读取doris数据的MATLAB程序